采用辉绿岩骨料的高黏结沥青抗滑磨耗层性能研究

2018-03-19欧阳男

城市道桥与防洪 2018年2期

关键词：辉绿岩油石马歇尔

欧阳男

（1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳 550014；2.同济大学道路与铁道工程教育部重点实验室，上海市 201804）

0 引言

开级配抗滑磨耗层OGFC具有良好的表面性能，可以保证路面良好的使用性能和行车安全。同时能有效减少水雾和眩光、降低噪音、防水漂、改善路面标志的可见度、提高潮湿路面的抗滑性[1]。

根据贵州地区料矿分布以及本地区集料的工程应用经验，设计时将辉绿岩作为沥青混合料的备选集料之一[2]。由于辉绿岩作为集料用于高粘沥青抗滑混合料在本地区尚无先例，因此需要对辉绿岩与OGFC-10的适用性进行分析考察。

本文重点分析罗甸辉绿岩料场集料。通过原材料物理力学分析、混合料配合比设计与性能评价等方面对辉绿岩用于OGFC-10的适用性进行综合评价，在OGFC的规范要求级配范围内，提出对大空隙排水高粘沥青抗滑混合料的级配优选建议，为贵州抗滑磨耗层OGFC-10中应用辉绿岩骨料提供参考。

1 原材料试验

（1）沥青

沥青采用湿法制备的高粘度改性橡胶沥青。一方面，橡胶粉通过在高温下脱硫、降解然后部分橡胶进入基质沥青中使基质沥青发生改性；另一方面，橡胶粉在高温作用下溶胀体积变大，结构发生变化，在基质沥青中形成网状三维结构。以上的物质交换反应使橡胶沥青呈现出高粘度、高弹性的性能[3]。

沥青性能指标见表1。

表1 高粘改性沥青性能测试结果

（2）集料与矿粉

集料为贵州地区的辉绿岩5～10 mm、3～5 mm和0～3 mm三档集料，填料采用石灰岩磨细矿粉，筛分和密度试验结果见表2和表3。

（3）集料物理力学特性分析

表4、表5为辉绿岩粗、细集料试验测试结果。同时为了评价集料质量的稳定性，将其他采用同种辉绿岩集料作为粗集料的历史测试值进行对比。分析表明，采用辉绿岩集料质量稳定。同时为了评价其高温条件下的物理力学性能，测试了石料高温压碎值[4]。高温压碎值是在200℃温度下，保温4 h后采用常规压碎值试验相同的方法试验。表4数据表明，辉绿岩粗集料具有良好的高温稳定性能。

表2 集料筛分结果

表3 集料密度试验结果

表4 辉绿岩粗集料测试结果

表5 辉绿岩细集料测试结果

2 辉绿岩OGFC-10混合料设计

OGFC-10配合比设计采用马歇尔法，通过沥青混合料密度、空隙率、稳定度、流值以及沥青饱和度随沥青用量的变化关系来确定沥青混合料的最佳沥青用量，以高温稳定性和水稳定性为主，并能兼顾其它性能[5]。

（1）OGFC-10级配的设计

本试验采用马歇尔设计法对OGFC-10沥青混合料进行设计，并对沥青混合料性能进行检验。根据规范规定的OGFC-10矿料级配范围，结合公路等级、工程特性和气候条件等确定了OGFC-10的工程设计级配范围。

根据设计级配范围，通过图解法和调试，设计了2组初选配合比，分别是2.36 mm筛孔通过率靠中值和偏下限。根据试配混合料中各档集料的组成、各档集料的密度测试结果，计算试配混合料的合成表观相对密度、合成毛体积相对密度，再根据集料的吸水率，计算试配混合料的有效密度，结果见表6，2个试配混合料级配组成见表7和图1。

表6 两组矿质混合料的配合比

表7 合成级配通过率

图1 初试配合比下矿质混合料级配组成曲线

（2）级配一最佳油石比确定

此次试验的最佳油石比综合考虑目标空隙及析漏、飞散试验结果确定。根据设计级配一，分别采用4.4%，4.7%、5.0%的油石比，参照规范制备马歇尔试件，击实次数为双面各50次，并计算最大理论相对密度，确定不同油石比下压实混合料的空隙率（VV）、析漏损失、飞散损失，试验结果见表8。

表8 级配一马歇尔试验结果汇总

根据马歇尔试验结果绘制关系曲线见图2～图4，根据目标空隙的要求及谢伦堡析漏、肯塔堡飞散试验的曲线拐点，确定级配一的最佳油石比为4.7%。

图2 级配一油石比与空隙率关系图

（3）级配二最佳油石比确定

根据设计级配二，分别采用4.4%，4.7%、5.0%的油石比，参照规范制备马歇尔试件，击实次数为双面各50次，并计算最大理论相对密度，确定不同油石比下压实混合料的空隙率（VV）、析漏损失、飞散损失，试验结果见表9。

图3 级配一油石比与析漏损失关系图

图4 级配一油石比与飞散损失关系图

表9 级配二马歇尔试验结果汇总

根据马歇尔试验结果绘制关系曲线见图5～图7，谢伦堡析漏、肯塔堡飞散试验曲线图并无明显拐点且都满足规范要求，因此选择较大的空隙为目标空隙，确定级配二的最佳油石比为4.4%。

图5 级配二油石比与空隙率关系图

3 OGFC-10混合料性能检验

根据级配一、级配二的试验结果，级配一的空隙率小于级配二，空隙难以达到20%，因此选定级配二为最佳级配，以4.4%的油石比进行混合料路用性能的检验。

（1）水稳定性检验

图6 级配二油石比与析漏损失关系图

图7 级配二油石比与飞散损失关系图

按最佳油石比4.4%制备马歇尔试件，按照规程进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验[6]，试验结果分别见表10、表11。残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比分别符合不小于85%和不小于80%的规范要求。

表10 浸水马歇尔试验结果

表11 冻融劈裂试验结果

（2）高温稳定性检验

采用最佳油石比4.4%制备三个车辙试件，按照规程进行车辙试验，试验结果见表12。其动稳定度平均值DS=4737次/mm，满足OGFC混合料（重交通量路段）动稳定度不小于3000次/mm的要求。

表12 车辙试验结果

（3）抗滑性能检验

采用最佳油石比4.4%制备三个车辙试件，按照规程使用手工铺砂法和摆式仪法对混合料进行抗滑性能检测，结果见表13。

表13 抗滑性能检测结果

（4）渗水性能检验

采用最佳油石比4.4%制备三个车辙试件，按照规程使用渗水仪对混合料进行渗水性能检测，结果见表14。其渗水系数平均值Cw=5 077 mL/min，《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）未对OGFC混合料的渗水系数作出明确的要求，参照上海市工程建设规范《道路排水性沥青路面技术规范》（DG/TJ08-2074-2010）的要求 Cw≥900 mL/15s，满足OGFC混合料渗水系数不小于3 600 mL/min的要求。

表14 渗水性能检测结果

OGFC-10沥青混合料马歇尔技术指标、高温稳定性试验、水稳性试验和抗滑性能试验、渗水性能试验结果见表15，测试结果均能满足相关规范要求。

4 结论

为验证辉绿岩骨料在OGFC-10抗滑磨耗层中的应用，本文采用高黏橡胶沥青，选用贵州黔西南地区辉绿岩骨料，在OGFC的规范要求级配范围内，采用马歇尔设计法，首先对原材料的性能进行测试，在满足要求的条件下进行了级配设计（见表15）。然后根据所选级配，分别初定了2组油石比，然后根据试件的马歇尔体积指标、谢伦堡沥青析漏试验、肯塔堡飞散试验等参数确定最佳油石比。最后根据所确定的最佳级配及对应的最佳油石比制作相关试件，检验其高温稳定性能、水稳定性、抗滑性能、渗水性能等指标。试验结果表明，所设计的沥青混合料均能满足规范要求。

最后提出对抗滑磨耗层OGFC-10的级配优选建议，为贵州抗滑磨耗层OGFC-10中应用辉绿岩骨料提供参考。